Этапы развития ядерной физики

Ядерная физика – область физики, объектом изучения которой является атомное ядро. Состоит из ряда разделов, включая структуру ядра, ядерные силы, ядерные реакции, радиоактивный распад ядер, модели ядер.
Существование у атомов ядер было установлено в 1911 г. Э. Резерфордом.
До 1932 г., когда Дж. Чедвиком был открыт нейтрон, ядро полагали состоящим из протонов и электронов. Сразу после открытия нейтрона В. Гейзенбергом,Д.Д. Иваненко и Э. Майораной независимо была высказана гипотеза (подтвердившаяся в дальнейшем) о том, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Этот момент можно считать началом ядерной физики как науки. Основную информацию об атомных ядрах дают их радиоактивность (радиоактивный распад) и ядерные реакции.
Уже на раннем этапе развития ядерной физики было понято, что ядро существует благодаря мощным короткодействующим
(≈10^-13 см) силам притяжения нового типа (ядерным силам) между частицами, входящими в состав ядра – протонами и нейтронами. Протон и нейтрон, имеющие очень близкие массы и одинаково участвующие в ядерном взаимодействии, называют общим термином “нуклон”, а силы, действующие между нуклонами, – межнуклонными силами.

После открытия в 1939 г. О. Ганом и Ф. Штрассманом деления атомных ядер появилась возможность практического использования внутриядерной энергии посредством осуществления цепной ядерной реакции деления (ядерный реактор, атомная бомба). Другой метод извлечения ядерной энергии в больших количествах – термоядерные реакции – пока удалось реализовать при взрывах водородных бомб. Термоядерный реактор ещё находится в стадии разработки.
За менее чем вековую историю ядерной физики получена огромная информация о свойствах и структуре атомных ядер. Хорошо известны размеры ядер, распределение внутри них заряда и материи. Искусственно создано более 2500 новых ядер, отсутствующих в природе. Изучены не только ядра в основных состояниях, но и в возбуждённых состояниях. Нижние состояния (уровни) ядер хорошо локализованы по энергии, т.е. дискретны. По мере увеличения энергии ядра плотность ядерных уровней растёт и они (при энергиях возбуждения Е* > 10 МэВ) начинают перекрываться. Спектр уровней ядра от дискретного переходит к сплошному. В огромном интервале энергий возможных ядерных состояний (0–100 МэВ) реализуются различные типы внутриядерных возбуждений и изучение их – одна из главных задач ядерной физики.
Законченной теории атомных ядер ещё не создано и это связано с тем, что ядро представляет собой систему многих сильно взаимодействующих нуклонов. Точное описание таких систем (многих тел) представляет большие теоретические сложности. Тем не менее, о теории ядра можно говорить как о вполне состоявшейся и весьма успешной науке, которая разработала ряд довольно эффективных приближённых решений задачи многих тел.
Новый этап в развитии ядерной физики связан с открытием кварков. Поскольку нуклоны и мезоны, участвующие в ядерном взаимодействии, состоят из кварков, то появилась возможность создать более глубокую теорию ядерных сил, в которой эти силы возникают как следствие более фундаментальных межкварковых сил.
Ядерная физика является постоянно развивающейся наукой, отмеченной блестящими достижениями и далёкой от своего завершения. Она – один из наиболее важных разделов современной физики и тесно связана с другими её областями. Без ядерной физики также невозможен полноценный технический прогресс.

Основные этапы развития ядерной физики:

• 1895 г. – немецкий физик Вольфганг Рентген () открыл рентгеновское излучения;
• 1896 г. – французский физик Анри Беккерель () открыл естественную радиоактивность;
• 1904 г. – английский физик Джозеф Джон Томсон () предложил первую модель атома;
• 1911 г. – английский физик Эрнест Резерфорд () предложил ядерную модель атома;
• 1914 г. – датский физик Нильс Бор () предложил введение квантовых постулатов;
• 1919 г. – Эрнест Резерфорд открыл протон;
• 1926 г. – Вейнер Гейзенберг () и Эрвин Шредингер () формулируют основы квантовой механики;
• 1928 г. – Пол Дирак () предсказал существование позитрона;
• 1931 г. – Вольфганг Паули () предсказывает существование нейтрино;
• 1932 г. – Карл Андерсон () и Роберт Милликен () экспериментально зарегистрировали позитрон, предсказанный ранее Дираком;
• 1932 г. – Джеймс Чэдвик () доказал существование нейтрона;
• 1934 г. – Пьер Кюри и Мария Кюри-Склодовская (Кюри – (, Кюри-Складовская –) провели исследование радиоактивности;
• 1935 г. – Хидеки Юкава () предсказал существование
• 1939 г. – Отто Ган () и Фриц Штрассман обнаружили деление урана;
• 1940 г. – Константин Петржак и Георгий Флеров (Флеров –) открыли спонтанное деление урана;
• 1942 г. – Энрико Ферми () запустил первый ядерный реактор;
• 1945 г. – взрыв первой ядерной бомбы;
• 1947 г. – открытие π-мезонов;
• 1950-1960 гг. – крупнейшие достижения в области методик регистрации частиц, которые позволили обнаружить новые нестабильные частицы: k -мезоны и гипероны (1951-1954 гг.), нейтрино (1953-1954 гг.), антипротон (1955 г.) и антинейтрони (1956 г.);
• 1955 г. – начато изучение структуры нуклонов;
• 1958 г. – открыт эффект Мёссбауэра;
• 60-е гг. – открытие и изучение т.н. резонансов – частиц, нестабильных относительно сильного взаимодействия;
• 70-е гг. – исследования в области элементарных частиц и единой теории электрослабых взаимодействий.